Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для установки хвостовика обсадной колонны в скважине. Устройство включает хвостовик с воронкой в верхней части и конической наружной поверхностью, транспортировочную колонну хвостовика с установочным седлом, соединяющим эту колонну левой резьбой с воронкой, имеющей возможность только осевого перемещения, установленные на наружной поверхности хвостовика кольцевое седло, верхнюю и нижнюю эластичные манжеты, выполненные с возможностью их последовательного размещения на боковой поверхности кольцевого седла при перемещении воронки в процессе отсоединения транспортировочной колонны, гидротолкатель с плашками, образующий с хвостовиком кольцевую камеру, гидравлически связанную с полостью хвостовика в его рабочем положении. Плашки выполнены с возможностью взаимодействия с конической поверхностью хвостовика. Обеспечивает повышение надежности герметизации заколонного пространства хвостовика при упрощении устройства. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к креплению скважин хвостовиками обсадных колонн.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине с разъединителем, муфта и ниппель которого связаны друг с другом при помощи кулачков. Конструкция такого разъединителя надежна и исключает возможность аварийного отсоединения транспортировочной колонны от хвостовика в процессе его спуска [1].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и необходимость разгрузки хвостовика на забой скважины для обеспечения его отсоединения от транспортировочной колонны, что нежелательно для хвостовика ввиду его неизбежных деформаций.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее:

- узел якоря, обеспечивающий подвеску хвостовика в колонне скважины;

- узел гидромеханического пакера, обеспечивающий герметизацию межтрубного пространства;

- узел разъединителя, обеспечивающий спуск хвостовика в скважину и последующее отсоединение от него транспортировочной колонны [2].

Недостатком этого устройства является его сложность, а также вероятность преждевременного срабатывания узла гидромеханического пакера, обусловленная непредвиденным повышением давления в процессе цементирования хвостовика, и возникновения аварийной ситуации, связанной с оставлением тампонажного раствора в колонне и, следовательно, его недоподъемом в затрубном пространстве скважины, а также недостаточно высокая надежность герметизации заколонного пространства хвостовика с помощью применяемого пакера.

Техническим результатом изобретения является упрощение устройства, повышение надежности его работы в целом и, в частности, повышение надежности герметизации заколонного пространства хвостовика.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине включает собственно хвостовик с воронкой в верхней части и конической наружной поверхностью, транспортировочную колонну хвостовика с установочным седлом, соединяющим эту колонну левой резьбой с воронкой, имеющей возможность только осевого перемещения, установленные на наружной поверхности хвостовика кольцевое седло, верхнюю и нижнюю эластичные манжеты, выполненные с возможностью их последовательного размещения на боковой поверхности кольцевого седла при перемещении воронки в процессе отсоединения транспортировочной колонны, гидротолкатель с плашками, образующий с хвостовиком кольцевую камеру, гидравлически связанную с полостью хвостовика в его рабочем положении, при этом плашки выполнены с возможностью взаимодействия с конической поверхностью хвостовика, а суммарная высота кольцевых манжет составляет 0,5-1,1 высоты кольцевого седла.

Кроме того:

воронка имеет в нижней части втулку и толкатель, а хвостовик против втулки выполнен с продольным шлицевым пазом, в который помещена шпонка, исключающая поворот воронки относительно хвостовика;

в хвостовике установлен полый срезной штифт для обеспечения гидравлической связи кольцевой камеры с полостью хвостовика;

наружное кольцевое седло в его верхней и нижней частях имеет наружные конические поверхности;

верхняя и нижняя кольцевые манжеты имеют, каждая на одном из их торцов, защиту в виде стакана высотой 5-10% от высоты соответствующей манжеты;

устройство имеет подвесную полую цементировочную пробку, размещенную на установочном седле;

верхняя и нижняя кольцевые манжеты выполнены, каждая на одном из их концов, с коническими поверхностями и обеспечением их встречного взаимодействия на кольцевом седле.

Изобретение поясняется чертежом и состоит собственно из хвостовика 1, выполненного составным из верхней и нижней частей с разными наружными диаметрами, переводника 2, установленного на хвостовике 1 посредством срезных штифтов 3, гидротолкателя 4, образующего с хвостовиком кольцевую камеру 5, отделенную от полости хвостовика - его проходного канала 6 полым срезным штифтом 7. Гидротолкатель 4 посредством планок 8 и винтов 9 жестко связан с плашками 10, предназначенными для взаимодействия с конической поверхностью 11 хвостовика.

На хвостовике 1 установлены верхняя 12 и нижняя 13 эластичные манжеты, включающие их торцевую защиту 14, закрепленное на хвостовике штифтом 15 кольцевое седло 16, толкатель 17 с фиксатором конечного положения 18, взаимодействующим с кольцевыми проточками 19, выполненными на верхней части хвостовика 1. Упор 20 исключает перемещение толкателя 17 вверх во время спуска устройства в скважину. Воронка 21 посредством втулки 22 и срезного винта 23 соединена с толкателем 17. Шпонка 24, размещенная в продольном шлицевом пазу 25 хвостовика 1, исключает поворот воронки 21 относительно хвостовика 1. Установочное седло 26 посредством левой трапецеидальной резьбы 27 связано с воронкой 21. Верхняя часть установочного седла 26 соединена с транспортировочной колонной 28, а в нижней его части с помощью срезных штифтов 29 установлена подвесная полая подвесная цементировочная пробка 30. Необходимую герметичность устройству обеспечивают уплотнительные кольца 31.

Устройство работает следующим образом.

После спуска хвостовика на заданную глубину производят промывку скважины через башмак хвостовика (не показан). После закачивания расчетного объема тампонажного раствора в транспортировочную колонну 28 пускают верхнюю цементировочную пробку (не показана), которая в процессе цементирования скважины садится на полую подвесную цементировочную пробку 30. При этом срезаются штифты 29 и совмещенные пробки перемещаются вниз к забою скважины, срезая полый штифт 7 и вытесняя тампонажный раствор в заколонное пространство хвостовика. При окончании процесса цементирования в хвостовике обсадной колонны создают расчетное избыточное давление, которое через разрушенный полый штифт 7 передают в кольцевую камеру 5. При этом происходит срез штифта 3, перемещение гидротолкателя 4, планок 8 и наползание плашек 10 на коническую поверхность 11 хвостовика 1, то есть заякоривание хвостовика на обсадной колонне скважины (условно не показана). После проведения операции заякоривания производят вращение вправо транспортировочной колонны 28. При этом происходит перемещение вниз воронки 21, втулки 22, шпонки 24 в продольном шлицевом пазу 25, толкателя 17. В результате происходит размещение на боковой поверхности кольцевого седла 16 манжеты 12, как результат «наползания» этой манжеты сначала на коническую, а затем и на цилиндрическую поверхность кольцевого седла 16. При дальнейшем перемещении толкателя 17 происходит его взаимодействие с кольцевым седлом 16, срез штифта 15 и размещение на боковой поверхности кольцевого седла уже теперь манжеты 13 - тоже как результат «наползания» этой манжеты на упомянутое седло. Таким образом, манжеты герметично и надежно прижимаются к внутренней поверхности промежуточной колонны. Такая система герметизации надежна даже при значительных зазорах между хвостовиком и стенками скважины. В качестве возможного дополнительного варианта герметизации может быть обеспечено встречное взаимодействие самих манжет между собой. Для этого они могут быть выполнены соразмерными с длиной кольцевого седла или даже превышать длину этого седла для обеспечения их встречного взаимодействия на кольцевом седле. При этом, например, каждая из манжет на одном из их концов может быть выполнена с коническими поверхностями. Фиксатор 18 конечного положения удерживает в этом положении толкатель 17, что обеспечивает возможность герметичного перекрытия заколонного пространства хвостовика. При дальнейшем вращении транспортировочной колонны 28 срезают винты 23 и воронке 21 обеспечивают свободный ход, достаточный для беспрепятственного отворота и освобождения хвостовика с установочным седлом 26. После отворота транспортировочной колонны производят смыв избыточного тампонажного раствора с «головы» хвостовика с максимально возможной производительностью.

Источники информации

1. А.И.Булатов и др., Справочник инженера по бурению, т.3, Москва, Недра, 1995 г., стр.149-151

2. «Каталог комплектов технических средств для крепления скважин хвостовиками 89, 102, 114 и 127 мм.», Рязань, ОАО «Тяжпрессмаш», ООО НТЦ «ЗЭРС», 2005 г., стр.32-36.

1. Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее собственно хвостовик с воронкой в верхней части и конической наружной поверхностью, транспортировочную колонну хвостовика с установочным седлом, соединяющим эту колонну левой резьбой с воронкой, имеющей возможность только осевого перемещения, установленные на наружной поверхности хвостовика кольцевое седло, верхнюю и нижнюю эластичные манжеты, выполненные с возможностью их последовательного размещения на боковой поверхности кольцевого седла при перемещении воронки в процессе отсоединения транспортировочной колонны, гидротолкатель с плашками, образующий с хвостовиком кольцевую камеру, гидравлически связанную с полостью хвостовика в его рабочем положении, при этом плашки выполнены с возможностью взаимодействия с конической поверхностью хвостовика, а суммарная высота кольцевых манжет составляет 0,5-1,1 высоты кольцевого седла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воронка имеет в нижней части втулку и толкатель, а хвостовик против втулки выполнен с продольным шлицевым пазом, в который помещена шпонка, исключающая поворот воронки относительно хвостовика.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в хвостовике установлен полый срезной штифт для обеспечения гидравлической связи кольцевой камеры с полостью хвостовика.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружное кольцевое седло в его верхней и нижней частях имеет наружные конические поверхности.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя кольцевые манжеты имеют каждая на одном из их торцов защиту в виде стакана высотой 5-10% от высоты соответствующей манжеты.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет подвесную полую цементировочную пробку, размещенную на установочном седле.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя кольцевые манжеты выполнены каждая на одном из их концов с коническими поверхностями и обеспечением их встречного взаимодействия на кольцевом седле.